Историко-литературный музей Ялты был основан в 1892 году при Крымском горном клубе и вскоре стал важным центром культурной жизни города. С момента своего создания музей претерпел значительные изменения в структуре и художественной направленности. В 1918 году он отделился от горного клуба и стал называться "Ялтинский естественно-исторический музей". В 1924 году музей стал краеведческим, а в 1932 году объединился с Восточным музеем.

Во время Второй мировой войны ценные экспонаты были эвакуированы в Новосибирск, и уже 28 апреля 1944 года музей вновь открыл свои двери для посетителей. В 1957 году к музею присоединили литературно-мемориальный дом-музей К.А. Тренева и П.А. Павленко, а в 1970 году открылся филиал в бывшем поместье М.З. Бирюкова. В 1977 году была создана новая экспозиция "Прогрессивная русская и украинская культура и литература Ялты дореволюционного периода".

В 1985 году музей вновь сменил название и стал историческим. Через четыре года гурзуфский музей Александра Сергеевича Пушкина вошел в состав Ялтинского исторического музея, но в 1999 году вновь стал самостоятельным. В 1990 году музей был переименован в Ялтинский государственный объединенный историко-литературный музей.

С 1996 года музей активно участвует в культурной жизни страны: проводит Дмитриевские чтения, участвует в культурных мероприятиях различного уровня и обменивается экспонатами с другими музеями Крыма и России. В 2003 году музей получил своё окончательное название, Ялтинский историко-литературный музей.

Основное здание музея, спроектированное Николаем Петровичем Красновым, находится на Пушкинской, 5. На Екатерининской, 8 расположен музей им. Леси Украинки и экспозиция "Культура Ялты XIX, начала XX века", подчиняющиеся основному учреждению. Филиалом остаётся и дом-музей Николая Зотовича Бирюкова. За свою долгую историю музей собрал более 150 тысяч экспонатов, представленных в выставочных залах и хранящихся в фондах.